SIMULATION STUDY ON CAUSES OF TROPICAL STORM FITOW (0114) HEAVY RAIN

With PSU/NCAR nonhydrostatic mesoscale model MM5, the rainfall process of tropical storm Fitow(0114) is simulated for 00:00 UTC 31 Aug. – 00:00 UTC 2 Sept. 2001. Mesoscale separation is performed on the results with the filtering scheme. Analyses show that the MM5 model well reproduced the position and intensity of heavy rain. Mesoscale characteristics of heavy rain were well represented in rainfall time scale, rainfall area, stream field and divergence at lower and upper levels. The interaction between inverted typhoon troughs and the mesoscale systems lead to heavy rain occurrence. The distribution of divergence fields at lower and upper levels can have a kind of indication for the rainfall. Heavy rains are closely associated with topography and land-sea distribution in South China. Weak instability is favorable to the generation of heavy rain.     

热带风暴Fitow(0114)暴雨的中尺度特征及成因分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟,采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离,分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因.结果表明:MM5模式对Fitow登陆过程的降水模拟较成功,暴雨的落区和强度与实况比较一致.Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显.正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生,而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义.华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系.弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件.     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF ASYMMETRIC SPIRAL RAINBANDS AROUND THE LANDING OF TYPHOON HAITANG (2005)

By using WRF mesoscale model, this paper carries out a numerical simulation and diagnostic analysis of the structural characteristics of the asymmetric spiral rain bands around the landing of Typhoon Haitang during the period of July 19 to 20, 2005. The result indicated that the two rainbands associated with the precipitation centre was mainly located northeast of the typhoon centre. The movement and intensity of the southern rainband corresponded well with the 850-hPa positive vorticity band from 0200 to 1800 UTC July 19, 2005. Under the effect of cyclonic circulation, the positive vorticity band at 850 hPa connected with a southern rain band, leading to the intensification of rainfall in the southern centre of the precipitation. The southward rainband gradually moved toward and then merges with the northward one, strengthening the rainfall in the northern centre of the precipitation. Besides, the relationship between the heavy rainfall and the divergence field of vertical shear wind in the high altitude is analyzed. Finally, the relationship is revealed between the development of the vertical component of convective vorticity vector and the rainfall near the two centres of precipitation in the low altitude.     

热带风暴"菲特"(0114)特大暴雨的诊断研究

海南岛破历史记录的两场特大暴雨都是由穿过琼州海峡的台风所造成,热带风暴"菲特"(Fitow)就是其中的一个.由红外卫星云图、雷达和常规地面加密观测资料发现,当"菲特"穿越琼州海峡时,在其西南侧的海南岛五指山西北侧有一个中尺度对流小涡系统(MCS)生成.特大暴雨就出现在MCS所在地区.作者用PSU/NCAR的中尺度模式对这场暴雨和MCS作了模拟研究,发现当"菲特"穿越琼州海峡时,其外围流场和五指山山脉的辐合极有利于MCS的生成.诊断分析的结果表明,山脉地形生成的MCS,具有很强的上层辐散,中低空有大范围辐合和强的正涡度场.在暴雨加强时,正涡度向中层伸展,高层辐散明显加强.同时, 暴雨区出现较强的垂直运动.上升运动大值区出现在对流层上层,这可能和上层辐散加强有关.这场暴雨的水汽来自南海北部,经由"菲特"东侧的西南气流卷入涡旋之中, 产生较强的水汽辐合.这也是潜热供应的源.诊断分析的结果还表明, MCS所在大气中下层出现了较强的位势不稳定层结,这对这场暴雨提供了对流加强和水汽向上输送的热力条件.     

1215号“布拉万”台风暴雨及降水非对称性分布的成因分析

利用中尺度非静力模式WRF对2012年第15号台风“布拉万”在中国东北地区造成的暴雨过程进行了数值模拟,结合观测资料对模拟结果进行了验证,利用模式输出的高分辨率资料,对“布拉万”台风造成的强降水及其非对称性分布的成因进行了诊断分析。结果表明,模式很好地再现了台风登陆过程中的路径、强度变化和降水分布,受中纬度西风槽带来的干冷空气影响,“布拉万”台风登陆后的降水和环流结构具有明显的不对称性,降水主要集中在台风中心西北侧的能量锋区附近。水汽散度通量和水汽螺旋度能够较好地描述强降水过程的发生、发展及其非对称性分布的时空特征,在强降水区,水汽散度通量表现为正值强信号,而水汽螺旋度表现为负值强信号,在非降水区和弱降水区,两者均表现为弱信号。等熵位涡分析显示,对流不稳定只是此次台风暴雨前期和初始阶段的不稳定条件,而湿位涡(MPV)的湿斜压项(MPV₂)则是暴雨增强和出现非对称性分布的主要机制。在暴雨形成过程中,由于冷空气侵入造成了在台风环流西北侧湿等熵面的陡立倾斜和水平风垂直切变的增强,导致了气旋性涡度的显著增强,气旋性涡度增强造成的强烈上升运动将降水区东南侧输送过来的暖湿空气向上输送,从而导致了暴雨的发生,这其中条件性对称不稳定是降水得以加强的一种重要不稳定机制。     

海南岛秋季降水异常对应的热带大尺度环流和海温

海南岛的地理环境特殊,具有独特的降水变化特征.作者利用海南岛7个站的月降水资料、NCEP再分析资料及NOAA的海温资料,研究了近45年海南岛降水的变化规律,并给出了产生降水异常的一个可能的物理机制.结果表明,海南岛降水具有明显的季节变化,一年中秋季的9、10月份降水最大,而且这两个月降水的年际方差占全年降水总方差的47.1%.秋季降水的年际异常对应的环流形式主要表现为对流层中下层存在的两个异常的气旋和反气旋中心.当降水偏多时,有两支异常的气流分别从热带太平洋和印度洋吹向海南岛附近地区,为该地区提供了更多的水汽,有利于岛上降水.而当降水偏少时,两支异常的气流变为从大陆吹向海洋,使海南岛上空水汽偏少,不利于岛上降水.另一方面,这种与秋季降水异常对应的环流异常是由赤道中东太平洋海表温度异常造成的,异常的海温将使热带地区的沃克环流发生异常,并最终使海南岛附近环流发生异常,导致降水异常.     

一次中天山暴雨天气的诊断分析

利用常规气象资料、T213物理量、风云2c红外云图及多普勒雷达探测资料,对2008年7月25日17时-26日08时发生在中天山的暴雨天气过程进行了特征分析。结果表明：此次暴雨过程由天气尺度的冷锋暴雨云团造成,暴雨落区出现在高空西南急流轴南侧,各测站的短时强降水由冷锋暴雨云团中的中尺度雨团所致。     

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24～25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程.利用模式输出的高分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析.模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征.中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因.暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧.在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一.暴雨区与强烈上升运动区,正涡度区相对应.     

台风“海燕”（2013）暴雨非对称结构及中尺度特征分析

利用NCEP再分析资料、地面雨量加密自动站资料及多普勒雷达产品资料,对2013年第30号超强台风“海燕”暴雨的非对称结构及中尺度降雨的形成机制、落区特征进行分析。研究结果显示:（1）“海燕”停编前有4个MCS呈东西向带状分布在广西南部,维持时间约9~12 h;台风减弱停编后在广西东南部有1~2个呈南北向的MCS,维持时间为2~4 h,造成此次台风过程的最强降水;（2）在“海燕”影响过程中,能量锋在贵州和广西维持并明显北倾、能量低值中心南下控制桂西北,使该地暴雨骤停、而桂东南在南风急流及地形作用下暴雨维持,是台风暴雨呈现东南强西北弱的非对称结构的主要成因;（3）台风登陆广西至停编时段的中尺度降雨是在高层的位涡异常与低层的位温异常叠加所形成的大气结构下,锋面触发不稳定能量形成的,中尺度降雨集中在边界层能量锋区最大梯度中心、MPV1梯度区零值附近与MPV2正值中心叠加处;（4）台风减弱在停编后的中尺度降雨是由冷空气侵入六万大山东侧抬升暖湿气流形成初始中-γ对流回波,在南风急流及两山脉间的盆地地形作用下,逐步加强发展成中-β对流回波并以“列车效应”传播而形成的。      

由变性台风环流引发的山东特大暴雨天气的位涡场分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟，采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离，分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因。结果表明：MM5模式对：Fitow登陆过程的降水模拟较成功，暴雨的落区和强度与实况比较一致。Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显。正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生，而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义。华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系。弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件。     

9406号台风与中纬度系统相互作用的中尺度特征

利用非静力中尺度模式MM5,对9406号台风从1994年7月11日12时（世界时,下同）到12日12时之间的24h降水进行了模拟,采用滤波分析方法对模式结果进行了尺度分离。中尺度场的分析表明:台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上;高低空中尺度散度场的分布对中低纬系统相互作用所产生的降水具有一定的指示意义;台风及西风槽强度的改变将直接导致中尺度系统强度的变化,从而造成降水强度的不同。另外,还从能量学角度对不同尺度系统的能量变化进行了分析。结果表明,中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关,且与降水的变化有较好的对应关系。     

湖南省2001年夏秋季对流云降水潜力数值模拟结果

应用对流云数值模式模拟了2001年7～9月湖南省三个探空站0000和1200(世界时)462个对流云降水算例.模拟结果表明(1)其中53天的198个算例属于有利人工增雨的天气形势,133个算例的可播度大于零,54个算例的增雨率大于零;(2)7～9月天气形势有利于人工增雨日的算例,对流云平均含水量为575万吨,平均降水效率11.4%;(3)8月降水潜力大于7月,9月降水潜力最小.这表明即使大旱的2001年湖南省夏秋季对流云仍然有一定的增雨潜力.     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究I·2001年5月印缅槽维持期间云南暴雨及其中尺度特征

2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC~6月2日1200 UTC的暴雨过程最强。本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析。结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的。云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生。2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生。3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关。4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助。雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切。5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定。6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾。     

恩施“6·24”暴雨中尺度系统特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星TBB资料、雷达资料,对恩施州2016年6月24—25日发生的一次大范围暴雨过程进行分析。结果表明:本次强降水,具有典型的两槽一脊"单阻型"梅雨环流特征,在有利的大尺度环流背景下,在高空槽、低层低涡切变、西南急流、地面中尺度辐合线等中尺度天气系统的共同影响、相互作用下,形成了此次大范围强降水。此次暴雨空间上分布不均,局地性强,表现为明显的中尺度对流性特征,雷达回波图上降水性质表现为混合型降水,暴雨的直接影响系统是中β尺度对流系统,且中β尺度对流系统在多个中尺度对流云团合并后加强,时间尺度约为5 h。此次暴雨过程是在上干冷下暖湿强的大气层结不稳定条件下,梅雨锋、边界层辐合线和地形槽的触发作用将前期积累的能量释放产生的强对流天气,同时,副高外围西南气流将南海和西太平洋的水汽向恩施输送,为暴雨的发生提供了有利的条件。     

海南岛冬季暴雨的时空分布及大尺度环流场特征分析

利用海南岛气象观测站逐日降水整编资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF） ERA5再分析资料，分析了1991—2020年海南岛冬季暴雨的时空分布及环流特征。结果表明：海南岛冬季暴雨在月际分布（12月—次年2月）上存在较大差异性，降雨量级越大，差异越明显；在空间分布上也存在显著的地域性，东部地区发生频次最高，总体上呈现东多西少的分布特征。海南岛冬季暴雨的水汽输送主要以偏东方向为主，气流来自副高南侧的偏东气流和大陆冷高压东南侧的东北气流。海南岛冬季暴雨发生期间，相对气候平均态而言，偏东低空急流较为强劲，中南半岛南支槽形态明显，副高偏北偏西偏强，南亚高压西北向的出流偏强，且南海海域存在显著的海温正距平。     

山脉地形对热带风暴Fitow结构和运动影响的数值试验

热带风暴自东向西穿越琼州海峡时常常与海南西部的强天气相对应,尤其当风暴中心在海峡中部或海峡西端出口处有向西南方向的偏折时。Fitow(0114)是这类热带风暴的一个典型。通过对Fitow热带风暴的研究和分析,揭示了一个事实:Fitow在沿海峡西行过程中,其外围中尺度结构发生明显变化———风暴中心西南象限有一个中尺度对流(MCS)小涡生成和发展。受到这个诱生MCS小涡的“吸引”,Fitow在穿行海南岛北部和琼州海峡时,路径向西南方向偏折。数值模拟结果表明,海南岛中部的五指山地形对Fitow自东向西穿行海峡时的这种结构变化有显著影响:(1)当热带风暴Fitow(0114)自东向西穿过岛屿北部和琼州海峡时,其外围西北气流与山脉的辐合地带往往会诱生出中尺度强对流涡旋系统(MCS)。这种系统经过尺度分离和滤波处理后便会在山脉西北麓显现出来。(2)MCS小涡只生成在地形高度之下的大气层;地形高度之上并不显现这一小涡。用0高度作敏感试验的结果,在相同位置并不生成这种MCS小涡。(3)诱生小涡(MCS)的存在,对Fitow会产生“吸引”作用,使其向西南方向MCS所在处偏折。且MCS越深厚,维持时间越长,对Fitow中心的“吸引”程度越大,其中心向西南方向的偏折和移动越明显。0.0 km高度无MCS小涡时,Fitow中心并无这种偏折,而是向西北方向移动,在雷州半岛登陆。     

海陆风环流在天津2009年9月26日局地暴雨过程中的作用

利用常规天气资料、地面加密自动站资料、天津中尺度模式产品资料以及卫星云图和多普勒雷达等资料,对2009年9月26日出现在天津地区的局地暴雨过程进行天气学、动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明,本次暴雨的天气尺度主要的影响系统是500 hPa高空槽,中尺度系统是由海陆风环流形成的地面中尺度辐合线.降水前天津市具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有利的动力条件,一定量级的水汽辐合,边界层的东风将渤海的水汽输送至天津市,是本次过程的主要水汽来源.天气尺度的积云对流与海风锋的碰撞触发不稳定能量的释放,引发第一阶段的强降水,边界层东风急流再度加强所产生的抬升效应引发第二阶段的降水.中尺度切变线通过提供带状辐合上升运动起着胚胎和组织积云对流的作用,使得降水回波和对流云团沿中尺度切变线发展、加强和移动,产生了明显的列车效应,导致了这场历史罕见的秋季局部暴雨过程,也充分凸显出海陆风环流对本次暴雨的重要作用.     

The multiscale factors favorable for a persistent heavy rain event over Hainan Island in October 2010

A case study is presented of the multiscale characteristics that produced the record-breaking persistent heavy rainfall event(PHRE) over Hainan Island,northern South China Sea(SCS),in autumn 2010.The study documents several key weather systems,from planetary scale to mesoscale,that contributed to the extreme rainfall during this event.The main findings of this study are as follows.First,the convectively active phase of the MJO was favorable for the establishment of a cyclonic circulation and the northward expansion of the Intertropical Convergence Zone(ITCZ).The active disturbances in the northward ITCZ helped direct abundant moisture from adjacent oceans towards Hainan Island continuously throughout the event,where it interacted with cold air from the midlatitudes and caused heavy rain.Second,the 8-daylong PHRE can be divided into three processes according to different synoptic systems:peripheral cloud clusters of a tropical depression-type disturbance over the central SCS in process 1;interactions between the abnormally far north ITCZ and the invading cold air in process 2;and the newly formed tropical depression near Hainan Island in process 3.In the relatively stable synoptic background of each process,meso-α and meso-β-scale cloud clusters repeatedly traveled along the same path to Hainan Island.Finally,based on these analyses,a conceptual model is proposed for this type of PHRE in autumn over the northern SCS,which demonstrates the influences of multiscale systems.     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

基于格点实况的海南岛网格晴雨预报检验

采用高分辨率的格点降水实况资料,对2019年5月1日—9月30日中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)、中国气象局上海数值预报模式系统(CMA-SH9)和欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)的降水预报产品作海南岛晴雨预报的检验评估,结果表明:(1) CMA-SH9具有较高的晴雨准确率及较小的雨区面积偏差。CMA-GD(ECMWF)评分偏低与较高漏(空)报比例有关,漏(空)报易出现在五指山以南和东部沿海一带。三个模式在海南岛东部沿海一带的晴雨准确率随预报时效减小而提高;(2) CMA-GD多漏报,CMA-SH9和ECMWF多空报。CMA-GD和CMA-SH9比ECMWF具有较快速的调整能力,预报时效缩短,雨区面积偏差减小,晴雨评分提高;(3) 降水面积百分比为0~20%、20%~40%、40%~60% 的局地降水事件中,CMAGD和CMA-SH9预报雨区面积偏大,预报时效增加,面积偏差由偏多转偏少;降水面积百分比为60%~80%、80%~100%的降水事件中,雨区面积随时效增加呈增加趋势。(4) CMA-GD对海南岛北部高频降水中心具有较强的预报能力,但易漏报南部高频降水中心。CMA-SH9在海南岛北部易出现高频降水面积偏大,质心偏东的误差,但对南部的高频降水预报能力优于CMA-GD。通过最优面积阈值择优方案迭代集成CMA-GD、CMASH9和ECMWF的降水预报,可有效提高海南岛高分辨率网格晴雨预报准确率。